Le HIV M1 Virologie 2006 Pascal Poignard Arrived in July 2004 Group grew up to…

HIV/AIDS: The Problem HIV/AIDS has become the worst epidemic in human history: 25 millions death since 1981 40 MILLLIONS INFECTED, 25 MILLIONS in AFRICA Current rates:14000/ DAY, 1/6 SECONDS

Estimations mondiales à fin 2005 Enfants et adultes 40 millions 4 millions 3 millions Personnes vivant avec le VIH Nouveaux cas d’infection à VIH en 2005 Décès dus au SIDA en 2005 Figure in the back of epi update

Environ 14 000 nouveaux cas d’infection à VIH par jour en 2005 Plus de 95% des cas dans les pays à revenu faible et moyen Près de 2 000 cas chez les enfants de moins de 15 ans Environ 12 000 cas chez l’adulte (15–49 ans), dont: près de 50% chez les femmes 50% environ chez les 15–24 ans

Estimation du nombre de personnes vivant avec le VIH et de la prévalence de l’infection (%) parmi les adultes L’épidémie mondiale de VIH, 1990‒2005* L’épidémie de VIH en Afrique subsaharienne, 1985‒2005* Nombre de personnes vivant avec le VIH (millions) Prévalence du VIH en % chez l’adulte (15‒49) Nombre de personnes vivant avec le VIH (millions) Prévalence du VIH en % chez l’adulte (15‒49) 50 5,0 30 15,0 25 12,5 40 4,0 20 10,0 30 3,0 15 7,5 20 2,0 10 5,0 10 1,0 5 2,5 0,0 0,0 1990 1995 2000 2005 1985 1990 1995 2000 2005 Nombre de personnes vivant avec le VIH Prévalence du VIH en % chez l’adulte (15‒49) Cette barre indique la fourchette autour de la valeur estimée. *Bien que les taux de prévalence en Afrique subsaharienne se soient stabilisés, le nombre réel de personnes infectées continue de progresser du fait de la croissance de la population. Appliquer le même taux de prévalence à une population croissante ne peut donner qu’un nombre croissant de personnes vivant avec le HIV.

Vue d’ensemble de l’infection à VIH à l’échelle mondiale 38,6 millions de personnes [33,4‒46,0 millions] vivant avec le VIH, 2005

VIH et SIDA : Statistiques et caractéristiques régionales, 2005 REGIONS Adultes (15+) et enfants vivant avec le VIH Nouveaux cas d’infection à VIH chez les adultes (15+) et les enfants Prévalence chez les adultes (15-49) (%) Décès dus au SIDA chez l’enfant et l’adulte (15+) 2005 24,5 millions [21,6‒27,4 millions] 440 000 [250 000‒720 000] 8,3 millions [5,7‒12,5 millions] 78 000 [48 000‒170 000] 1,6 million [1,2‒2,4 millions] 330 000 [240 000‒420 000] 1,5 million [1,0‒2,3 millions] 2,0 millions [1,4‒2,9 millions] 38,6 millions [33,4‒46,0 millions] 2003 2005 2003 2005 2003 6,2 [5,5‒7,0] 0,2 [0,1‒0,3] 0,4 [0,2‒0,6] 0,3 [0,2‒0,7] 0,5 [0,4‒0,7] 1,5 [1,1‒2,0] 0,6 [0,4‒1,0] [0,3‒0,6] 1,0 [0,8‒1,2] 2005 2003 Afrique subsaharienne 23,5 millions [20,8‒26,3 millions] 2,7 millions [2,3‒3,1 millions] 2,6 millions [2,3‒3,0 millions] 6,1 [5,4‒6,8] 2,0 millions [1,7‒2,3 millions] 1,9 million [1,7‒2,3 millions] Afrique du Nord & Moyen-Orient 380 000 [220 000‒620 000] 64 000 [38 000‒210 000] 54 000 [31 000‒150 000] 0,2 [0,1‒0,4] 37 000 [20 000‒62 000] 34 000 [18 000‒57 000] Asie 7,6 millions [5,2‒11,3 millions] 930 000 [620 000‒2,4 millions] 860 000 [560 000‒2,3 millions] 0,4 [0,3‒0,6] 600 000 [400 000‒850 000] 500 000 [340 000‒710 000] Océanie 66 000 [41 000‒140 000] 7200 [3500‒55 000] 9000 [4300-69 000] 0,3 [0,2‒0,8] 3400 [1900‒5500] 2300 [1300‒3600] Amérique latine 1,4 million [1,1‒2,0 millions] 140 000 [100 000‒420 000] 130 000 [95 000‒310 000] 0,5 [0,4‒1,2] 59 000 [47 000‒76 000] 51 000 [40 000‒67 000] Caraïbes 310 000 [230 000‒400 000] 37 000 [26 000‒54 000] 34 000 [24 000‒47 000] 1,6 [1,1‒2,2] 27 000 [19 000‒36 000] 28 000 [19 000‒38 000] Europe orientale & Asie centrale 1,1 million [790 000‒1,7 million] 220 000 [150 000‒650 000] 160 000 [110 000‒440 000] 0,8 [0,6‒1,4] 53 000 [36 000‒75 000] 28 000 [19 000‒39 000] Amérique du Nord, Europe occidentale et centrale 1,8 million [1,3‒2,7 millions] 65 000 [52 000‒98 000] 65 000 [52 000‒98 000] 0,5 [0,4‒0,7] 30 000 [24 000‒45 000] 30 000 [24 000‒45 000] TOTAL 36,2 millions [31,4‒42,9 millions] 4,1 millions [3,4‒6,2 millions] 3,9 millions [3,3‒5,8 millions] 1,0 [0,9‒1,2] 2,8 millions [2,4‒3,3 millions] 2,6 millions [2,2‒3,1 millions]

Prévalence du VIH chez les femmes enceintes reçues dans des services de soins prénatals, en Afrique subsaharienne, 1997/98‒2004 Afrique Australe Afrique de l’Est 50 20 Swaziland République-Unie de Tanzanie 40 Zimbabwe 15 30 Ethiopie Prévalence médiane du VIH (%) 10 20 Prévalence médiane du VIH (%) Kenya Afrique du Sud Mozambique 10 5 1997‒ 1998 1999‒ 2000 2001 2002 2003 2004 1997‒ 1998 1999‒ 2000 2001 2002 2003 2004 Afrique de l’Ouest 20 15 Note: Analyse limitée à des sites de surveillance cohérents pour tous les pays, excepté pour l’Afrique du sud (provinces) et pour le Swaziland (régions). 10 Prévalence médiane du VIH (%) Côte d'Ivoire Burkina Faso 5 Ghana Sénégal 1997‒ 1998 1999‒ 2000 2001 2002 2003 2004 Sources: Ministère de la Santé (Mozambique); Département de la Santé (Afrique du Sud); Ministère de la Santé et des Affaires sociales (Swaziland); Ministère de la Santé et du Bien Etre de l’Enfant (Zimbabwe); Adapté de Asamoah-Odei, et al. HIV prevalence and trends in sub-Saharan Africa: no decline and large subregional differences. Lancet, 2004 (Ethiopie); Ministère de la Santé―Programme national de Lutte SIDA/MST (Kenya); Ministère de la Santé (République-Unie de Tanzanie); Conseil national de lutte contre le sida et les IST (Burkina Faso); Centre de Lutte et de Prévention des Maladies (CDC)—GAP—Côte d'Ivoire (Côte d'Ivoire); Services de Santé du Ghana (Ghana); Conseil National de Lutte Contre le SIDA (Sénégal).

Predicted life expectancy changes due to AIDS in some African countries Country Previous 2010 Angola 41.3 35.0 Botswana 74.4 26.7 Lesotho 67.2 36.5 Mozambique 42.5 27.1 Rwanda 54.7 38.7 South Africa 68.5 36.5 Zambia 71.4 34.6 (av. age in years)

HIV est un Rétrovirus

Oncovirinaea (Virus Oncogènes) FAMILLE DES RETROVIRIDAE Oncovirinaea (Virus Oncogènes) Group B Mouse mammary tumor virus MMTV Souris Group C Avian sarcoma virus ASV Poulet Murine leukemia virus MLV Souris Feline leukemia virus Félins Bovine leukemia virus Bovins Human T-cell leukemia virus-I HTLV I Homme Human T-cell leukemia virus-II HTLV II Group D Mason-Pfizer monkey virus MPMV Singe Spumavirinae Simian foamy virus SFV Singe Human foamy virus HFV Homme Feline syncytial virus FSV Félins Bovine syncytial virus BSV Bovins Lentivirinae (Virus Lents) Visna/maedi virus MVV/Visna Mouton Equine infectious anemia virus EIAV Cheval Caprine arthritis encephalitis virus CAEV Chèvre Simian immunodeficiency virus SIV Singe Human immunodeficiency virus-1 HIV-1 Homme Human immunodeficiency virus-2 HIV-2 Homme

Caractéristiques des Rétrovirus Virus à ARN (simple brin + non segmenté) Enveloppés (gp d’enveloppe) Transcription inverse de l’ARN viral en ADN double brin (transcriptase inverse ou RT) qui s’intègre dans le génome cellulaire (provirus) Organisation génomique: gag: matrice, capside, nucléoprotéines pol: RT et Intégrase env: SU et TM

SCHEMA SIMPLIFIE D’UNE PARTICULE RETROVIRALE Protéines de structure (Gag) génome viral Membrane virale Glycoproteines d’enveloppe (Env) Protéines à activité enzymatique (Pol)

Morphologie des particules rétrovirales Type A MMTV MLV ALV bourgeonnement MPMV BLV/HTLV HIV HFV

Caractéristiques des Rétrovirus Une organisation génomique similaire: gag (group antigen) pol (polymerase) env (envelope) Communs à tous les rétrovirus

Les étapes clés du cycle rétroviral Reconnaissance et fixation du virus au récepteur exprimé à la surface cellulaire Rôle de la glycoprotéine externe SU Fusion entre membrane virale et membrane cellulaire Rôle de la glycoproteine transmembranaire TM Décapsidation du génome ARN et Reverse Transcription Rôle de la protéine RT Transport du génome vers le noyau Passif pour les Oncovirus: nécessité de division cellulaire Actif pour les Lentivirus: s’intègrent en absence de division Integration is forever: genetic stability of cellular genes Can inactivate or activate cellulr genes and induce tumors Intégration de l’ADN viral au génome cellulaire Rôle de la proteine IN Transcription du génome viral Traduction Assemblage et bourgeonnement des particules virales Rôle majeur des protéines Gag

=> Intégration au génome cellulaire: Integrase Caractéristiques des Rétrovirus Transcriptase Inverse (RT, Reverse Transcriptase ) ARN + simple brin Intermédiaire ARN/ADN Dégradation matrice ARN Par activité RNaseH => ADN simple brin RT découverte en 1970 par Howard Temin et David Baltimore (Nobel 1975) RT a l’encontre du dogme de la bio mol de l’époque DNA ----- RNA ---- protéine Synthèse 2ème brin ADN ADN double brin => Intégration au génome cellulaire: Integrase

HIV (Human Immunodeficiency Virus) = Un rétrovirus complexe appartenant à la famille des LENTIVIRUS

Origine Pan troglodytes Chlorocebus aethiops Cercopithecus albogularis SIVs are found naturally in African primates where they are not known to be associated with any disease. Importantly, a number of divergent lineages or types of SIV have been identified.The general rule seems to be that each infected primate species has its own specific SIV. Pan troglodytes Chlorocebus aethiops Cercopithecus albogularis Saut around 1930 horloge moléculaire OLDER HIV sample 1959 AIDS decrit en1981 HIV 1983 BARRE GALLO Cercopithecus lhoesti Cercocebus atys Colobus guereza

Cycle de réplication Erreurs RT: quasi espèces

EXPRESSION DU GENOME DU VIRUS HIV-1 9 gènes/ORF

15 protéines 6 protéines de structure: MA, CA, NC, P6, gp120, gp41 6 protéines accessoires: tat, vif, vpu, vpr, rev, nef 3 enzymes: protéase, reverse transcriptase, intégrase

HIV: 9 ORF, 15 protéines Bloque activité de APOBEC3G (enzyme cellulaire qui inhibe la réplication rétrovirale)

Structure

Structure Average size: 145nm Average size: 119-207 nm 4900 Gag proteins Average size: 119-207 nm 3000-11000 Gag proteins HIV-1 core: 1000-1500 CA

gp120 gp41 Viral envelope

HIV-1 entry

HIV entry From Weiss C.D.

Cellules cibles du HIV Lymphocytes T CD4+, helper Monocytes, macrophages Cellules dendritiques

Transmission du HIV Virus fragile dans l’environnement (pas de transmission par cohabitation , salive, …) Horizontale: par le sang, sexuelle Verticale: mère a enfant (transplacentaire, accouchement, allaitement) Virus libre / cellules infectées ? Met en jeu DC au point d'entrée? Réplication au niveau des ganglions locaux puis dissémination. Materno-foeatle: 10 à 40% selon études surtout fin de grossesse et accouchement

Evolution naturelle de l’infection par HIV SIDA qd moins de 200 CD4 / mm3 Environ 10 ans en moyenne

Progression from HIV infection to AIDS Time varies - several months to >12 years Affected by - inocula type and amount of virus - strain and virulence of virus - overall health of host - other infections present - anti-HIV therapy - genetic disposition

Réponse immune

Réponse immune durant l’infection par le HIV-1

Echappement au système immunitaire Anticorps - Variabilité - Structure des gp d’enveloppe Cellules T CD8: Mutations épitope T Down régulation MHC classe I (Nef) -Latence / réservoirs -Effet sur la maturation des T CD8

Pathogenèse Déplétion en T CD4 qui conduit à l’immunodéficience: Mécanisme direct: atteinte massive des CD4 mémoire lors de la primo-infection Mécanisme indirect: augmentation de la susceptibilité à l’apoptose, diminution des fonctions thymiques, hyperactivation du système immunitaire

Manifestations cliniques: Pathologies opportunistes KAPOSI HHV8 amaigrissement démence

Manifestations cliniques: Pathologies opportunistes Hair leukoplakia (Latent EBV) CMV retinitis Kaposi’s sarcoma (KSHV) Mycobacteria avium complex

Diagnostic ELISA for HIV antibody Microplate ELISA for HIV antibody: coloured wells indicate reactivity

Diagnostic Western Blot HIV-1 Western Blot Lane1: Positive Control Lane 2: Negative Control Sample A: Negative Sample B: Indeterminate Sample C: Positive

Traitements de l’infection par le HIV Inhibiteurs de la RT, nucléosidiques (AZT, ddC, ddI) et non-nucléosidiques (Nevirapine) Inhibiteurs de la protéase (Saquinavir, Ritonavir, Indinavir…) Inhibiteurs de l’entrée (T20, corécepteurs?) Inhibiteurs de l’Intégrase? Nécessité de cocktails

Vaccin du SIDA ?

Vaccin du SIDA: aux limites de l’immunité. Pourquoi?

Dans le cas de toutes les infections pour lesquelles un vaccin efficace existe, les sujets infectés lors d’une infection naturelle sont ensuite protégés en cas de nouveau contact avec le même pathogène. - Les vaccins copient la réponse immunitaire naturelle pour entrainer une protection. - On peut étudier l’origine de la protection

Personne n’a jamais guéri de l’infection par le HIV, n’a jamais éliminé le virus du SIDA. La protection contre le HIV par une réponse immunitaire est-elle possible? Un vaccin devra faire mieux que la réponse immunitaire naturelle.

Pourquoi un vaccin du SIDA est-il possible?

Les raisons d’espérer (1) Sujets exposés non-infectés: toujours un mystère! - faibles réponses T, responsables?? - pas d’anticorps, sauf au niveau mucosal?? - mécanisme immunitaire? - facteurs génétiques? (autres que délétion CCR5) Sujets non-progresseurs: la réplication virale est controlée par les cellules T chez de rares individus.

Les raisons d’espérer (2) Un vaccin de type atténué peut entrainer une protection totale chez le singe: -mécanisme reste mystérieux -souche vaccinale et infectieuse similaires -approche impossible chez l’homme Les anticorps neutralisants peuvent protéger contre l’infection chez le singe.

Quelle réponse immunitaire pour un vaccin du SIDA?

Immunité induite par les vaccins

La meilleure réponse pour obtenir une protection complète serait l’induction par le vaccin d’anticorps neutralisants. Les anticorps neutralisants bloquent l’entrée du virus dans les cellules, très tôt dans le cycle de réplication. Ces anticorps sont en très grande partie à l’origine de la protection dans la plupart des vaccins. Ils protègent contre l’infection par le HIV dans les modèles animaux.

Cellule infectée détruite par une cellule T tueuse Anticorps Vaccin-Antigène Cellule infectée Cellule infectée détruite par une cellule T tueuse Anticorps Plasmocyte Cellule B Cytokines B mémoire Macrophage Cellule T T tueuse T auxilaire T mémoire

Vaccins visant à induire la production d’anticorps Ab

HIV-1 entrée

PROTECTION neutralizing Abs: viral challenge Polyclonal sera Human monoclonal antibodies: few available viral challenge

Les cellules T cytotoxiques détruisent les cellules infectées. Elles pourraient empêcher les cellules nouvellement infectées de disséminer l’infection. Et aider les anticorps à contrôler précocement l’infection, à empêcher son installation, à l’avorter: probable mécanisme de la plupart des vaccins. Pour HIV il n’y a pas d’évidence qu’une infection puisse avorter.

Une fois l’infection établie, les cellules T CTL pourraient limiter la réplication du virus et ralentir la progression de la maladie. Probablement l’effet le plus favorable qu’on puisse attendre d’un vaccin basé sur les cellules T (la plupart actuellement). Dans les modèles animaux du SIDA, aucun vaccin induisant des cellules T cytotoxiques n’a démontré de capacité à empêcher l’infection.

Les cellules T CD8 controlent la réplication du virus Les cellules T CD8 controlent la réplication du virus. Quel est le mécanisme exact? En tuant directement ou en secrétant des cytokines (IFN)? Pourrait orienter sur le type de vaccin à utiliser. De plus, l’évaluation actuelle des vaccins est basée sur la production d’IFN .

Les buts d’un vaccin du SIDA?

3 buts potentiels pour un vaccin du SIDA: prévenir l’infection: bloquer l’établissement d’une infection persistente est le but ultime (Anticorps neutralisants) ne pas prévenir l’infection mais diminuer la réplication virale (cellules T) et ainsi prolonger la vie des individus infectés - réduire la transmission du HIV

Effet sur la transmission d’un vaccin partiellement efficace 40% 60% 95%

Approches actuelles Essais en cours

Vaccins stimulant essentiellement les cellules T Approches: ADN nu utilisation d’autres virus (adeno virus, vaccinia virus) utilisation de cellules présentatrices des antigènes, cellules dendritiques vaccin atténué pratiquement impossible Stimulation de cellules T au meme niveau que ceux obtenus chez le singe difficiles chez l’homme (très différent chez la souris).

Vaccins stimulant essentiellement les cellules T 35 essais vaccinaux en cours, la plupart basés sur l’induction de cellules T tueuses Gènes utilisés: gag, pol, nef , env Sous-types: généralement B ou C Multiples protocoles d’immunisation.

Vaccins stimulant essentiellement la production d’anticorps neutralisants

gp120 gp41 Viral envelope

Immunization with recombinant gp120: The Vaxgen phase III trial

Vaccin du SIDA: les difficultés

Difficultés (1) Variabilité énorme: une cible en perpétuel mouvement. - Capacité à muter - Capacité à recombiner - Réplication rapide:10 milliards de virus produits chaque jour Problème aussi bien pour les anticorps que pour les cellules T; Les vaccins doivent correspondre aux souches circulant dans la population à vacciner (sous-type au minimum). Si le vaccin ne prévient pas complètement l’infection, risque d’échappement.

The HIV/AIDS Pandemic: HIV-1 group M subtypes UNAIDS estimates HIV infects 40 million people, the majority of whom reside in sub-Saharan Africa. Tremendous viral genetic variation has been found. The majority of variants cluster in the HIV-1 group M “subtypes”.

Difficultés (2) HIV est un rétrovirus qui établit une infection qui persiste toute la vie de l’individu (intégration). Si l’infection est établie, on ne peut plus l’éliminer. Le seul espoir est alors de la controler. Les cellules infectées peuvent etre invisibles au système immunitaire.

Difficultés (3) Nous ne savons pas induire d’anticorps neutralisant le HIV. Les anticorps neutralisant peuvent empecher l’infection. L’infection naturelle n’induit pas d’anticorps neutralisant à large spectre. Pratiquement aucun candidat vaccinal en essai chez l’homme (echec de Vaxgene).

Difficultés (4) Pas de modèle animal pratique et peu couteux. Pas de modèle souris. Le meilleur modèle est le macaque infecté par le SIV. - Valeur prédictive, en particulier en terme de réponses T? Résultats transposables à l’homme dans quelle mesure? - Certains aspects du système immunitaire encore mal caractérisés. Manque de réactifs. - Cher et nombre de singe limité. - Hétérogénéité des populations de singe, des virus utilisés. Problème de standardisation.

Difficultés (5) Quelle est le role exact des différentes composantes de la réponse immunitaire dans la protection? Personne n’a jamais guéri de l’infection par le HIV, n’a jamais éliminé le virus du SIDA. Dans le cas de toutes les infections pour lesquelles un vaccin efficace existe, les sujets infectés lors d’une infection naturelle sont ensuite protégés en cas de nouveau contact avec le même pathogène. - Les vaccins copient la réponse immunitaire naturelle pour entrainer une protection. - On peut étudier l’origine de la protection

Difficultés (6) Quels antigènes utiliser dans un vaccin? Les candidats vaccinaux actuels mélangent différents antigènes. Pas d’étude systématique encore réalisée.

Difficultés (7) Les essais cliniques sont longs, difficiles, onéreux. Phase I: évaluer la tolérance et l'absence d'effets secondaires chez des sujets le plus souvent volontaires sains Phase II: tolérance, déclenchement d’une réponse immunitaire? Phase III: tolérance, déclenchement d’une réponse immunitaire, efficacité? Une seule étude de phase III a été effectuée (5ans).

Les essais cliniques sont longs, difficiles, onéreux. Choix des candidats à tester compliqué. Difficultés d’organisation en particulier dans les pays en voie de développement (infrastructures, couts, personnel formé, responsabilité, propriété intellectuelle…). Test chez les population à haut risque difficile à organiser.

Difficultés (8) Financement en progression mais encore insuffisant pour progresser rapidement. A l’heure actuelle: 700 millions de dollars par an. 300 à 400 millions de dollars en plus sont estimés nécessaires. Nécessité de la participation du secteur privé (production), de la plus grande participation des pays en voie de développement, de programmes intégrés (The Enterprise, CHAVI, IAVI).

CONCLUSION. Tous les vaccins actuels ont été développés de façon empirique. Avec le SIDA, c’est la première fois que les immunologistes doivent développer un vrai vaccin. Une meilleure connaissance fondamentale du système immunitaire et de nouvelles idées sont nécessaires.